在传统能源日益枯竭的情况下,作为清洁能源的风能逐渐被广泛地开发。风电机组单机容量的增大以及先进发电技术的不断进步,使得风力发电成本越来越低,风力发电的发展前景以及经济效益日益凸显。但风的随机性与波动性使得风能的利用存在一定困难。随着风向的不断变化,需要偏航系统进行对风控制,以获取更多风能,提升发电量。但当风向频繁剧烈波动时,偏航执行机构会频繁操作,这将导致偏航轴承等机械磨损严重,一旦发生故障,对于风电场的效益来说损失巨大。当前并未存在衡量风电场风向波动性的指标,且现有的偏航系统重启对风控制策略仅仅追求理论上的风能利用率和发电量最大,并未考虑风电机组系统部件的寿命周期经济效益最优的问题。针对上述存在问题,本文以2MW风力发电机组为研究对象,首先对风电机组本地风向波动量进行了定义并介绍了风向波动量的统计方法;然后提出了一组衡量风向波动特性的指标,对风向波动特性进行分区域描述。分区域描述方法可描述风电机组本地风向波动的宏观特性。在此基础上,通过对风向波动量的边缘分布概率密度函数进行拟合,并采用copula函数进行连接,得到了风向波动量的联合分布函数,并提取了一组可精确量化风电机组本地风向波动特性的概率分布指标集,对风向波动性进行了更为细致的概率描述,这对风电机组偏航系统的个性化参数优化设置及提升机组发电效益有重要指导作用。最后基于雨流计数法和Miner准则,将偏航轴承的疲劳寿命损失量化分析,建立了偏航系统重启对风控制模型。该模型以风电场的综合经济效益为优化目标,通过PSO-GA混合优化算法进行优化,实现了发电效率和机组设备使用寿命之间的平衡,达到了风电场整体综合经济效益最优的目标。研究结果表明,本文提出的风向波动特性描述方法可准确描述风电机组本地风向波动的特点。对于风向稳定的机组,偏航参数设置值应适当减小,增加其对稳定变化风向的灵敏度,以较少偏航次数的增加为代价捕获更多的风能;而对于风向稳定性差的机组,应适当增大其偏航参数设置值,降低其对频繁波动风向的敏感性,在发电量减少不多的前提下大幅减少机组偏航次数,降低机组自耗电和偏航疲劳载荷,以达到偏航系统控制参数与机组本地风资源相匹配的目标。